摘要：本文設(shè)計(jì)了一套基于德國西門子公司組態(tài)軟件WinCC 7.0的條煙輸送監(jiān)控系統(tǒng)。從規(guī)模上，滿足采集PLC站點(diǎn)的10000點(diǎn)數(shù)據(jù)需求，數(shù)據(jù)庫應(yīng)能容納100萬條數(shù)據(jù)記錄，并能保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、交換。從設(shè)計(jì)上，滿足公司條煙輸送生產(chǎn)線的系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢業(yè)務(wù)需求。從技術(shù)上，充分發(fā)揮當(dāng)今IT界優(yōu)秀、成熟的技術(shù)，使系統(tǒng)表現(xiàn)出一定的先進(jìn)性。本文簡要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)化軟件；組態(tài)軟件；條煙輸送監(jiān)控；WinCC
1.引言
隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的日趨成熟，伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）的出現(xiàn)，各種 “組態(tài)”的概念開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的過程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。
國外有名的組態(tài)軟件產(chǎn)品有Wonderware的InTouch、GE-Intellution的iFIX、Siemens的WinCC，國內(nèi)的產(chǎn)品有北京亞控科技公司的KingView、紫金橋公司的Realinfo、北京世紀(jì)長秋科技公司的世紀(jì)星、北京三維力控科技公司的組態(tài)軟件。
本文主要介紹自主開發(fā)的一款基于德國西門子公司組態(tài)軟件WinCC 7.0的應(yīng)用于煙草行業(yè)的條煙輸送監(jiān)控系統(tǒng)，包括其總體設(shè)計(jì)方案和一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。本軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上具有以下特點(diǎn)：
? 本軟件采用動(dòng)態(tài)流程形式，遵循由宏觀到微觀、由整體到局部、層層深入、逐步放大的設(shè)計(jì)理念。采用整機(jī)畫面動(dòng)態(tài)顯示卷包車間整個(gè)條煙輸送系統(tǒng)流程圖、系統(tǒng)工作狀態(tài)、可直觀的了解卷包車間生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)要素協(xié)同工作的情況。采用單機(jī)畫面動(dòng)態(tài)顯示某一單機(jī)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)信息。
? 本軟件監(jiān)控畫面采用圖文并茂的設(shè)計(jì)方式，全中文顯示，文字表達(dá)直觀，簡明易懂，表格排列有序美觀。
? 本軟件具備報(bào)警提示功能，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，屏幕上將出現(xiàn)報(bào)警提示。
? 本軟件具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠完成數(shù)據(jù)的查詢及打印功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用通用的數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)，數(shù)據(jù)能方便的接入第三方的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
? 本軟件帶密碼權(quán)限分級(jí)管理。
2.系統(tǒng)概述
2.1系統(tǒng)功能
本條煙輸送生產(chǎn)線系統(tǒng)由以下的主要設(shè)備組成：33臺(tái)條煙提升機(jī)（其中5臺(tái)高速提升機(jī)和28臺(tái)中速提升機(jī)）、6條條煙輸送線（每條輸送線由若干個(gè)動(dòng)力頭組成）、3臺(tái)條煙手工平臺(tái)、12臺(tái)條煙收集機(jī)。
本軟件系統(tǒng)采集PLC站點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)大概在1萬點(diǎn)，PLC之間的全部采用以太網(wǎng)連接。由于數(shù)據(jù)分布，本軟件系統(tǒng)與PLC的連接需建立多個(gè)連接。
本軟件系統(tǒng)主要由監(jiān)視條煙輸送系統(tǒng)的狀態(tài)、重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表的查詢和重要參數(shù)的設(shè)置及一些附加操作等組成，可對(duì)單機(jī)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)故障報(bào)警監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)并最少能保存30天90個(gè)班次，歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印，設(shè)備參數(shù)設(shè)置。
2.2軟件平臺(tái)與架構(gòu)
本軟件采用WinCC平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，采用目前國際流行的面向?qū)ο蠹夹g(shù)、MVC的設(shè)計(jì)模式和WinCC平臺(tái)腳本編程技術(shù)，將整個(gè)系統(tǒng)從邏輯上分為用戶界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層等幾大部分，以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、靈活性、易維護(hù)性。本軟件的體系架構(gòu)框圖如圖2-1所示。
圖2-1 體系架構(gòu)框圖
本軟件運(yùn)行的操作系統(tǒng)是Windows XP SP3，組態(tài)軟件是WinCC 7.0 SP2，數(shù)據(jù)庫是Microsoft SqlServer 2005，腳本編程混合使用C和VB script，借助WinCC強(qiáng)大的組態(tài)和HMI（Human Machine Interface人機(jī)界面）功能，一方面通過HMI和操作員之間的通訊，另一方面通過PLC組態(tài)通信模塊與自動(dòng)化系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控的擬物化和可視化。
本軟件設(shè)計(jì)采用的WinCC子系統(tǒng)包括：
1) 圖形系統(tǒng)——用于創(chuàng)建畫面的編輯器，也稱作圖形編輯器。
2) 報(bào)警系統(tǒng)——對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行組態(tài)的過程，也稱報(bào)警記錄。
3) 用戶管理——用于對(duì)用戶進(jìn)行管理的編輯器。
4) 通訊系統(tǒng)——提供WinCC與SIMATIC各系列可編程控制器的連接。
2.3軟件界面
本軟件采用動(dòng)態(tài)流程形式，遵循由整體到局部、層層深入、逐步放大的設(shè)計(jì)理念。采用整機(jī)畫面動(dòng)態(tài)顯示卷包車間整個(gè)條煙輸送系統(tǒng)流程圖、系統(tǒng)工作狀態(tài)、可直觀的了解卷包車間生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)要素協(xié)同工作的情況。
2.3.1界面總體布局
本軟件界面的總體布局如圖2-2所示。分為標(biāo)題欄，菜單欄和工作區(qū)三部分，標(biāo)題欄顯示系統(tǒng)名稱、當(dāng)前時(shí)間、班次和登錄信息；菜單欄采用按鈕方式，把軟件的各個(gè)功能展示出來；工作區(qū)為詳細(xì)的功能展示區(qū)。
圖2-2 界面總體布局圖
2.3.2條煙系統(tǒng)縱覽
條煙系統(tǒng)縱覽顯示每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警以及進(jìn)入每個(gè)設(shè)備的單獨(dú)的子畫面鏈接。每個(gè)設(shè)備的使用4種顏色表示狀態(tài)：綠色表示正常，紅色表示待機(jī)，紅色閃爍表示故障，灰色表示斷網(wǎng)。上面的畫面中以設(shè)備編號(hào)的按鈕或其他圖標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的條煙提升機(jī)、條煙輸送線、條煙收集機(jī)和條煙手工平臺(tái)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊則進(jìn)入相對(duì)數(shù)字的設(shè)備畫面中。
條煙系統(tǒng)縱覽界面的如圖2-3所示。
圖2-3 條煙系統(tǒng)縱覽圖
2.3.3條煙提升機(jī)
條煙提升機(jī)設(shè)備有以下的子項(xiàng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)：“翻板打開”、“一分二堵塞”、“上部故障”、“中部故障”、“輸送線停”、“故障停機(jī)”、“正常停機(jī)”、“正常候機(jī)”、“正常運(yùn)行”及各狀態(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計(jì)時(shí)間；當(dāng)前生產(chǎn)所屬的班號(hào)、牌號(hào)和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量；當(dāng)前的報(bào)警位置和報(bào)警說明，傳感器的狀態(tài)。
條煙提升機(jī)界面的如圖2-4所示。
圖2-4 條煙提升機(jī)圖
2.3.4條煙輸送線
條煙輸送線有以下的子項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)：“正常停機(jī)”、“正常運(yùn)行”、“故障停機(jī)”、“堵塞停機(jī)”、“正常待機(jī)”及各狀態(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計(jì)時(shí)間；當(dāng)前的報(bào)警位置和報(bào)警說明。
條煙輸送線界面的如圖2-5所示。
圖2-5 條煙輸送線圖
2.3.5條煙收集機(jī)
條煙收集機(jī)設(shè)備有以下的子項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)：“頂升卡煙”、“故障停機(jī)”、“出口堵塞”、“正常停機(jī)”、“人工操作”、“正常運(yùn)行”、“下游故障”、“入口堵塞”及各狀態(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計(jì)時(shí)間；當(dāng)前生產(chǎn)所屬的班號(hào)、牌號(hào)和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量；當(dāng)前的報(bào)警位置和報(bào)警說明，傳感器的狀態(tài)等。對(duì)收集機(jī)滑道的選擇，同一機(jī)臺(tái)同一滑道的上下層不能同時(shí)選擇，且同一區(qū)的不同機(jī)臺(tái)的同一通道不能同時(shí)選擇。
條煙收集機(jī)界面的如圖2-6所示。
圖2-6 條煙收集機(jī)圖
2.3.6條煙手工平臺(tái)
條煙手工平臺(tái)有以下的子項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)： “正常運(yùn)行”、“正常待機(jī)”、“故障停機(jī)”。及各狀態(tài)發(fā)生的次數(shù)和累計(jì)時(shí)間；當(dāng)前生產(chǎn)所屬的班號(hào)和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量；當(dāng)前的報(bào)警位置和報(bào)警說明，傳感器的狀態(tài)等。
條煙手工平臺(tái)界面的如圖2-7所示。
圖2-7 條煙手工平臺(tái)圖
2.3.7網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)
每個(gè)設(shè)備的PLC或變頻器如果和主PLC通訊正常后會(huì)在其設(shè)備旁無帶有叉的圖形，如果通訊不正常則帶有叉的圖形顯示。。
網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)界面的如圖2-8所示。
圖2-8 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖
2.3.8報(bào)警信息
工具欄上是 “開始時(shí)間”和“結(jié)束時(shí)間”表示要查詢的記錄的時(shí)間區(qū)間段，設(shè)備號(hào)選擇設(shè)備機(jī)臺(tái)，可以查詢、確認(rèn)、導(dǎo)出報(bào)警信息。
報(bào)警信息界面的如圖2-9所示。
圖2-9 報(bào)警信息圖
2.3.9歷史數(shù)據(jù)
工具欄上是 “開始時(shí)間”和“結(jié)束時(shí)間”表示要查詢的記錄的時(shí)間區(qū)間段，設(shè)備號(hào)選擇設(shè)備機(jī)臺(tái)，可以查詢、導(dǎo)出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)或產(chǎn)量數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)的報(bào)表都是excel報(bào)表格式。
歷史數(shù)據(jù)界面的如圖2-10所示。
圖2-10 歷史數(shù)據(jù)查詢圖
2.3.10系統(tǒng)設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)置包括以本地電腦的時(shí)間或手工輸入時(shí)間校正PLC的時(shí)間、班制設(shè)置、牌號(hào)設(shè)置、收集機(jī)選通滑道設(shè)置、動(dòng)力頭設(shè)置、退出系統(tǒng)、關(guān)機(jī)等功能，界面不一一列舉。
系統(tǒng)設(shè)置界面的如圖2-11所示。
圖2-11 系統(tǒng)設(shè)置圖
3.關(guān)鍵技術(shù)
本軟件的設(shè)計(jì)涉及到一些關(guān)鍵技術(shù)，其中有框架設(shè)計(jì)層面的，也有具體算法實(shí)現(xiàn)方面的，這里從宏觀的角度介紹其中幾個(gè)最為主要的方面。
3.1WinCC腳本技術(shù)
WinCC提供類C語言腳本和VBscript語言腳本，以及一個(gè)調(diào)試環(huán)境。兩種腳本語言可以混合使用，各有優(yōu)缺點(diǎn)，C腳本對(duì)系統(tǒng)級(jí)的訪問支持很出色，可以使用C腳本方便調(diào)用Windows系統(tǒng)提供的API函數(shù)，缺點(diǎn)是非面向?qū)ο笳Z言，使用難度高，開發(fā)門檻高；而VBscript腳本則簡單易用，WinCC提供了面向?qū)ο蟮膸欤腴T簡單，開發(fā)效率高。本軟件的大部分腳本是使用VBscript語言進(jìn)行開發(fā)，極少的需要和操作系統(tǒng)打交道的功能，如登錄、退出系統(tǒng)、關(guān)機(jī)等，使用了C腳本進(jìn)行控制。
3.2界面交互技術(shù)
工業(yè)化生產(chǎn)線，通常都是由大量相同的作業(yè)機(jī)器和傳動(dòng)線組成，在設(shè)計(jì)界面的時(shí)候，首要考慮的因素就是界面復(fù)用，同樣的機(jī)器，界面只有一份，通過變量命名規(guī)則和腳本技術(shù)，控制同一型號(hào)的A機(jī)器和B機(jī)器的狀態(tài)顯示。在本軟件中，類似于提升機(jī)、收集機(jī)等有n臺(tái)一樣的機(jī)器，都是通過規(guī)范的變量命名和統(tǒng)一的腳本進(jìn)行控制的。
3.3數(shù)據(jù)庫技術(shù)
工業(yè)化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，通常都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以方便按需查詢和導(dǎo)出，再利用后臺(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，反過來指導(dǎo)生產(chǎn)。WinCC提供歸檔功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的實(shí)時(shí)歸檔，能夠滿足要求不高的系統(tǒng)需求，但是復(fù)用性、聚合性不強(qiáng)，不太適合大的生產(chǎn)線。本軟件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)沒有選擇WinCC的歸檔功能，而采用自定義的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫，通過VBscript對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，具備了緊湊的結(jié)構(gòu)和一致的訪問接口，同時(shí)可以提供一致的第三方數(shù)據(jù)訪問接口。
3.4仿真測(cè)試技術(shù)
一個(gè)合格的開發(fā)平臺(tái)，仿真功能是必不可少的功能，WinCC平臺(tái)提供了仿真測(cè)試功能，可以方便的對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行仿真，模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行。但是WinCC平臺(tái)提供的仿真測(cè)試功能比較難用，實(shí)現(xiàn)困難很多。本軟件只使用了WinCC的變量仿真功能，把外部變量移入內(nèi)部變量進(jìn)行仿真，按機(jī)器類別、按數(shù)據(jù)類型分別仿真測(cè)試，最終做到全覆蓋每一個(gè)功能。
4.系統(tǒng)應(yīng)用
本軟件是基于西門子WinCC平臺(tái)的條煙輸送監(jiān)控系統(tǒng)，可以作為條煙輸送生產(chǎn)線監(jiān)控軟件的藍(lán)本，面向條煙輸送生產(chǎn)設(shè)備商、集成商以及第三方獨(dú)立軟件開發(fā)商，通過定制手段滿條煙輸送生產(chǎn)線監(jiān)控市場(chǎng)的多樣化需求。
5.結(jié)束語
隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，煙草行業(yè)也不例外，生產(chǎn)的工業(yè)化和信息化迅速提高，出現(xiàn)了種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。組態(tài)軟件處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，具有強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能、良好的開放性、豐富的功能模塊、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫、可編程的命令語言、周密的系統(tǒng)安全防范與強(qiáng)大的仿真功能，可以為用戶提供快速構(gòu)建生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。西門子WinCC平臺(tái)，借助其強(qiáng)大的硬件平臺(tái)，將會(huì)取得迅速的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[2] 西門子. WINCC連接siemens_PLC的常用方式
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